Indice dei contenuti
Il dilatometro è un dispositivo di misurazione che registra l’espansione termica di un campione di materiale. I risultati della misurazione vengono utilizzati per calcolare il
coefficiente di espansione termica
(CTE = Coefficiente di Espansione Termica) viene calcolato dai risultati della misurazione. Questo parametro del materiale indica la variazione relativa della lunghezza del campione con una variazione di temperatura per Kelvin nell’unità di misura [1/K].
I valori del CTE dipendono quindi dalla temperatura e sono dell’ordine di alcuni milionesimi per Kelvin per i materiali solidi. Le variazioni assolute previste nella lunghezza dei campioni sono di conseguenza piccole. Per ottenere risultati affidabili è quindi necessario un dispositivo di misurazione molto preciso.
Tipi di dilatometri
La natura del campione e l’intervallo di temperatura da analizzare determinano i requisiti che un portacampioni deve soddisfare. Un dilatometro a spinta è molto adatto per le sostanze solide che mantengono il loro stato aggregato nell’intervallo di temperatura previsto.
Il comportamento dei materiali riscaldati fino al loro punto di rammollimento o di fusione può essere osservato otticamente utilizzando un microscopio riscaldante. microscopio riscaldante microscopio. Un’altra modalità di test si basa sull’uso di estensimetri, che vengono incollati sull’intera superficie del campione e analizzati con un ponte di misurazione della resistenza.
Funzione del dilatometro ad asta di spinta
I dilatometri ad asta sono costituiti da un forno (a destra nell’immagine), dal portacampione (al centro nell’immagine) e dall’unità di registrazione e valutazione dei valori misurati (sensore LVDT a sinistra nell’immagine).
Il campione (quello rosso nell’immagine) si trova in un tubo di vetro di quarzo o di ceramica. È saldamente collegato a un’asta (sottile stantuffo giallo, di fronte al campione rosso), che trasmette la variazione di lunghezza del campione per registrare il valore misurato.
A questo punto, la variazione assoluta della lunghezza dell’intero sistema viene determinata e convertita nei valori CTE del campione di materiale utilizzando i dati noti del sistema di misurazione e le dimensioni del campione. Il forno può essere utilizzato per realizzare qualsiasi curva di temperatura con diverse velocità di riscaldamento e raffreddamento e punti di arresto.
Il risultato è la variazione della lunghezza del campione in funzione della temperatura.
Aree di applicazione dei dilatometri ad asta di spinta
Coefficiente di espansione termica
Il coefficiente di espansione termica è un parametro importante per lo sviluppo dei materiali compositi. Il cemento armato, ad esempio, può essere utilizzato solo in edilizia perché l’acciaio e il cemento hanno lo stesso valore di CTE.
Le differenze di temperatura nei materiali provocano sollecitazioni meccaniche. Le aree ad alta temperatura si espandono maggiormente rispetto alle aree più fredde.
Evitare o ridurre queste sollecitazioni può essere ottenuto sviluppando e utilizzando materiali con un coefficiente di espansione molto basso.
Transizioni di fase
Le proprietà macroscopiche dei solidi cristallini dipendono direttamente dalla struttura cristallina stessa.
Tuttavia, la maggior parte dei materiali può esistere in diverse modificazioni e quindi, oltre alla temperatura di fusione e di evaporazione, presenta anche transizioni di fase dipendenti dalla pressione e dalla temperatura in cui lo stato aggregato non cambia.
Tuttavia, la transizione di fase da una struttura cristallina a un’altra, proprio come il processo di cristallizzazione stesso, è spesso chiaramente visibile nella variazione dell’aumento della curva coefficiente di espansione-temperatura e può quindi essere mappata molto bene utilizzando una misurazione dilatometrica.
Anche le transizioni di fase rapide o che richiedono una pressione di contatto definita, come la trasformazione della martensite, della ferrite o dell’austenite negli acciai, possono essere mappate bene utilizzando il dilatometro opportunamente modificato.
Temperature di sinterizzazione
Durante la sinterizzazione, i materiali ceramici o metallici in polvere vengono preformati in un corpo verde e poi cotti insieme a temperature e pressioni precise. In pratica, questo processo è noto, ad esempio, nell’industria della porcellana. La miscela in polvere di caolino (argilla per porcellana), feldspato e quarzo viene sinterizzata durante il processo di cottura e quindi resa impermeabile.
Le temperature ottimali per le singole fasi di sinterizzazione possono essere determinate utilizzando la curva fornita dal dilatometro.
